《操作系统与系统实验》课程总笔记

全课主线

十二章依次为：从程序到内核：操作系统的责任边界、进程、线程与可观察状态、CPU调度：从队列到响应时间、同步、互斥与竞态推演、死锁、活锁与资源分配、内存管理与虚拟内存、文件系统：名字、块与崩溃一致性、I/O系统与驱动边界、保护、安全与可信执行、虚拟化与容器：隔离、复用和迁移、性能观测与系统化诊断、综合系统实验：构建可验证的小内核模型。全课只用一条方法主线：从现象出发，识别对象和保护边界；把机制画成状态、队列、表项和事件；用公式计算中间量；运行确定性实验；注入竞态、资源耗尽与崩溃；最后用指标和不变量反查。任何概念若不能沿这条主线解释，就还只是名词。

核心对象

进程把地址空间、凭据、打开资源和执行流组织成可调度容器；线程共享进程资源但保留独立寄存器、栈和调度状态。调度器在就绪队列选择执行者，同步原语约束共享状态迁移，死锁分析追踪资源占有和等待。虚拟内存通过页表与TLB翻译地址，文件系统通过目录项、inode、块和日志提供命名与持久化，I/O子系统经驱动、控制器、中断与DMA连接设备。

三条时间线

CPU时间线记录到达、调度、抢占、阻塞、唤醒和完成；内存时间线记录引用、TLB、页表、缺页、替换、写回与重启；持久化时间线记录数据、元数据、日志提交、写屏障与崩溃恢复。综合题先选主时间线，再把另外两条作为因果支线接入，不能把所有动作写成同一时刻“系统自动完成”。

实验与验收

代码实验从标准输入运行，至少四组内联测试，覆盖正常、边界、失败和回归。先让清晰参考模型通过，再优化；优化后逐输出比对。并发实验用事件交错和不变量说明模型边界，不能用不可复现的睡眠时序。每节单选、多选、计算必做，章节卷、期中、期末和实验专项使用独立题池。

复盘地图

遇到错题先判断它属于哪条证据链：特权边界题先标用户态、内核态与触发入口；进程并发题先标执行者、共享对象和首个冲突交错；调度题画就绪队列与甘特图；虚存题拆虚拟页号、页表项、页框和偏移；文件题画路径、目录项、inode、数据块及持久化顺序；I/O题区分请求完成墙钟时间与CPU实际忙碌时间；安全题写主体、客体、操作和策略来源。

每次复盘保留首个偏差而不是只抄正确答案。把错误编码成对象认错、状态跳步、单位混用、队列顺序、竞态遗漏、权限越界或崩溃假设。一周后更换数字、事件顺序和失败点重做；若仍能从状态与不变量推出结论，才算真正掌握。